Test Result and Analysis

La reducción de ruido de impactos mediante suelos flotantes puede cuantificarse, de acuerdo con lo indicado en 2.10, con la rigidez dinámica. Su determinación se trata en la norma EN 29052-1 (1992) para materiales con cargas entre 0,4 kPa y 4 kPa, lo que excluiría, por ejemplo, a revestimientos de paredes y suelos técnicos para el soporte de maquinaria. En realidad esta norma está destinada, principalmente, a la comparación de muestras de producción de materiales similares con especificaciones de calidad conocidas.

La rigidez dinámica, , se define como la relación entre la fuerza dinámica y el desplazamiento dinámico, usándose generalmente el valor de la rigidez dinámica por unidad de superficie:

Ec. 103

Donde:

es la fuerza dinámica perpendicular a la muestra; es la superficie de la muestra;

es el cambio dinámico de espesor del material elástico.

Para su medida se realiza un ensayo colocando la muestra entre una superficie horizontal, suficientemente rígida y pesada, y una placa de carga de 200 mm × 200 mm, también suficientemente rígida (Figura 8). Se supone que la base no tendrá movimiento y que no existirán ondas de flexión en la base o la placa de carga. La carga total sobre la muestra de ensayo no debe superar los 8 kg ± 0,5 kg. Entre la muestra y la placa de carga se aplicará una capa de escayola, separada de la muestra por una lámina de plástico, para compensar irregularidades. En materiales de celda cerrada, el perímetro entre la muestra y la base se sellará con vaselina (Figura 8b).

Figura 8: Ensayo para determinar la rigidez dinámica. a) Materiales de celda abierta

5 4 3 2 1 F

b) Materiales de celda cerrada

F 1 Placa de carga 2 Escayola fina 3 Lámina plástica 4 Muestra 5 Base 6 Vaselina 1 6 5 4 3 2

La disposición debe ser tal que solo se produzcan oscilaciones verticales y se determinará la frecuencia de resonancia de la vibración vertical, usando como fuente de excitación señales sinusoidales, ruido blanco o impulsos. Con las condiciones impuestas, resulta un sistema masa- muelle, en el que la masa es la placa de carga y el muelle es la muestra del material elástico objeto de ensayo.

La hipótesis de linealidad puede no ser apropiada para aplicaciones sobre transmisión de ruido estructural, como impactos pesados en suelos, pero suele admitirse para simplificar la comparación entre materiales y puede usarse en los modelos de predicción (Hopkins 2007). Considerando la frecuencia propia de un suelo que se apoya en un material elástico, resulta (Ver and Beranek 2006):

Ec. 104

Teniendo en cuenta que el flujo de aire en la muestra de ensayo puede modificar la rigidez dinámica, lo que se determina con la frecuencia de resonancia es la rigidez dinámica aparente por unidad de superficie de la muestra ( ). Su valor en N/m3 _{es (EN 29052-1; Hopkins 2007):}

Ec. 105

Donde:

es la masa total por unidad de superficie empleada durante el ensayo, en kg/m2;

Cuando la resistividad al flujo del aire ( ) en dirección lateral es alta ( ) resulta:

Ec. 106

Para otros valores de resistividad es necesario corregir el valor de con la rigidez dinámica por unidad de superficie del gas que contiene el material ( ). Por ejemplo, en casos de resistividad intermedia al flujo de aire alta ( ):

Ec. 107

Donde:

es la presión atmosférica;

es el espesor de la muestra bajo la acción de la carga estática; es la porosidad de la muestra.

En el caso de materiales elásticos porosos, la rigidez dinámica se equipara a un sistema con una masa y 2 muelles conectados en paralelo, el primero representando el esqueleto del material elástico poroso y el segundo representando el aire contenido en el material y que rodea el esqueleto (Maderuelo 2014; Cremer et al. 2005).

Los valores de rigidez dinámica por unidad de superficie han de expresarse en MN/m3, redondeando al entero más próximo. Por ejemplo, en (Neves et al. 2008) pueden encontrase medidas de rigidez dinámica de diversos materiales.

Si la capa aislante está formada por N capas de varios materiales, puede suponerse como un sistema de muelles en serie, calculándose la rigidez dinámica con (EN 12354-2, Hopkins 2007):

Ec. 109

En ciertos materiales se puede encontrar un comportamiento no lineal, variando la rigidez al variar la fuerza, y produciéndose efectos de ablandamiento o endurecimiento (Hopkins 2007). Las dificultades en la medida pueden superarse usando fuerzas de excitación muy bajas y extrapolar para una fuerza de excitación nula.

Anthony et al. (2005) estudiaron dos posibles problemas en las medidas experimentales: el doble pico de resonancia que presentan ciertos materiales y la hipótesis de que el impacto sólo induce el movimiento traslacional de la placa. En este trabajo no se detecta la existencia de un movimiento de balanceo significativo, aunque la respuesta parece ser más compleja que la explicada por una componente de frecuencia única, por lo que propone estudios adicionales. Simón et al. (2006) y Simón y Anthony (2006) proponen distintos métodos de análisis en espumas poliméricas, que presentan dobles resonancias.

La frecuencia de resonancia, y por lo tanto la rigidez dinámica, pueden depender del tiempo de precarga, es decir, del tiempo que está actuando la carga antes de efectuar el ensayo (Schiavi et al. 2004, 2005, 2007). Schiavi et al. (2005) proponen medir la frecuencia de resonancia después de una carga estática de algunos días, para obtener una predicción más segura. Para materiales con una compresibilidad alta, es posible cuantificar la evolución con el tiempo (Schiavi et al. 2007). Dikavicius y Miskinis (2009) examinan el cambio de rigidez dinámica de materiales de celda abierta y cerrada después de un test de compresibilidad. Encuentran disminuciones del 40% en la lana mineral y del 30% en el poliestireno; la diferencia de las medidas de rigidez dinámica, entre la lana mineral y el poliestireno, bajaron del 20-50% al 5-10%.

También algunos materiales pueden tener una rigidez dinámica que dependa de la frecuencia (Pritz 1994), pero en la práctica no suele ser necesario tenerlo en cuenta.

La norma EN 12431 (EN 12431 2013) especifica el equipo y los procedimientos para determinar el espesor de los productos aislantes térmicos, para el aislamiento al ruido de impactos, en aplicaciones de suelos flotantes.

Las diferentes fuentes de excitación que pueden usarse son analizadas por Baron et al. (2004) y Bettarello et al. (2007): barrido sinusoidal, ruido blanco o martillo de impacto. Las frecuencias de resonancia medidas son muy similares, aunque con ruido blanco los resultados son imprecisos, por lo que no recomienda este tipo de excitación. El barrido sinusoidal da resultados con buena repetibilidad y alta precisión, pero no es fácil de implementar, mostrando cierta dependencia entre la frecuencia de resonancia y la amplitud de la fuerza de excitación. El martillo de impacto tiene menos exactitud pero es más sencillo de aplicar.

Kim et al. (2009) examinan la relación entre la rigidez dinámica y el nivel de ruido de impactos para una fuente de excitación de impactos pesada, denominada bang machine o heavyweight

impact sound, que intenta reproducir la excitación causada por pasos humanos, con frecuencias

bajas. Mide los dos parámetros citados en 51 materiales, aunque propone estudios adicionales para poder usar la rigidez dinámica para predecir la reducción de los niveles de ruido de impactos para este tipo de excitación. Posteriormente, el mismo autor utiliza el FEM, junto con medidas experimentales, para evaluar estructuras de suelo multicapa (Kim et al. 2010).